铁床—气浮—活性炭吸附法处理染料废水

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铁床—气浮—活性炭吸附法处理染料废水
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, R- V: |( v2 g( b% L1　原水水质

* V, M- `7 p: O0 W. J  A2 o　　某厂(生产染料及染料中间体)染料车间排出的综合废水(含30%左右的冲洗水)近100m3/d，中间体车间排出的综合废水(含30%～40%的冲洗水)约90m3/d。 　　原水是含盐量较大的高色度有机废水，无机盐浓度为15%～20%，主要是NaCl、Na2SO4。有机物主要是苯系、萘系化合物，所以水体可生化性差(BOD5/COD一般为0.02～0.2)，并具有很强的毒性，因此染化废水一直是治理难度最大的工业废水之一。
2　方案的确定
　　通过试验，对几种处理方案进行了研究，但都不能得到令人满意的效果，如混凝脱色法用药量大，运行费用高，亦难使出水达到排放标准；生化法需加入大量稀释水以降低含盐量，基建投资大，厂家难以承受；膜分离法由于膜易堵塞，反冲洗频繁，并且需进口NF膜，因此运行费用太高(达30 元/m3原水)。经过大量调研分析，拟采用微电解的方法破坏原水中有机物的分子结构，达到易于脱色和降低COD的目的。通过小试、中试，最后采用铁床—气浮—活性炭吸附的处理工艺，工艺流程见图1。
4 Z" t- T* d' B2 k& Y8 ^" Z8 J/ Q
2.1　调节池 　　采用调节池既充分调节了水量、水质，又省去了一沉池，从而节省了投资。废水中的一部分染料及其中间体物质经沉淀后得以去除，COD有所降低。为解决排泥问题，保证调节池的有效容积，采用了行车式吸泥机，污泥进入集泥池与气浮池的浮渣一起泵入压滤机，滤饼焚烧处理。设计染料及其中间体废水调节池各一座，有效容积为100m3，HRT为24 h。 2.2　铁床 　　铁床主要是利用铁、炭组合的填料与原水反应，破坏原水中有机物的分子结构及其性质。其原理是：铁与炭的腐蚀电位不同，铁作阳极、炭作阴极、原水作电解质而形成千千万万个原电池。电极反应如下： 　　　　Fe-2e=Fe2+(阳极反应) 　　　　E0(Fe2+/Fe)=-0.44 V 　　　　2H++2e=H2↑(阴极反应) 　　　　E0(H+/H2)=0 V 　　当有氧存在时阴极反应如下： 　　　　O2+4H++4e=H2O 　　　　O2+2H2O+4e=5OH- 　　　　E0(O2/OH-)=0.40 V 　　从上述反应可知，原水在酸性、充氧的条件下以一定流速流经铁炭填料时，染料的发色基团被氧化，硝基还原为氨基，偶氮键断裂，这为下一步处理提供了可靠有效的条件。在设计时因考虑到充氧的重要性，所以在原水进入铁床前设置溶气罐，并采用空压机供气。铁床(Ⅰ)的HRT为1 h，铁床(Ⅱ)的HRT为2 h。 2.3　混凝脱色系统 　　铁床出水呈酸性并含有大量Fe2+、Fe3+，当将其出水pH值调至7～8时，形成Fe(OH)2、Fe(OH)3胶体，但形成的矾花较小，需加入助凝剂PAM以利气浮处理。在此过程中，可加入季铵型阳离子高效脱色剂进一步降低原水中的色度。该装置为混合反应罐，其HRT为4 min。 2.4　气浮系统 　　加药混凝后的原水含有大量的絮状体，采用气浮分离装置将絮凝体浮于水面，利用刮渣机将其排入集渣池，从而完成固液分离。气浮系统采用清水溶气气浮，溶气水量为30%，气浮池直径为2.5 m，HRT为40 min。 2.5　砂滤罐 　　设置了两座砂滤罐(一用一备)，主要目的是去除悬浮物，使水质达到进活性炭罐的基本要求。滤料为单层石英砂，反冲洗水排至调节池。 2.6　活性炭罐 　　为保证出水水质达到GB 8978—1996二级标准，设置活性炭罐，这可以充分有效地吸附水中残留的有机物，从而使COD、色度等指标达到要求。设置两座活性炭罐(一用一备)，活性炭再生周期为36 d，HRT为30 min。
: f/ u; c& T: q: q, k6 I0 b3　处理效果分析
) a# t( n4 S2 I" H  W( u　　①德州市环保局于1999年11月17日—18日对该厂水样进行了48 h的16次取样检测，检测结果见表1，表明该设施的处理出水达到了GB 8978—1996二级标准。

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- U0 C/ l- A% A- e6 \- q表1　处理出水检测结果
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项目

4 F6 J' k! S4 ~& y; r2 }8 ^pH值
* k8 J5 \* j4 a; p2 o. v" z+ d
COD(mg/L)

色度(倍)

* a& [% C- V# M, p' x, b8 O& G苯胺(mg/L)
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& j& k( N/ B" U6 I
6 f6 U% L3 Q% j4 F5 U染料
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中间体

染料
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中间体
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中间体

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原水

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4050

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5 J* |, ~7 V. X( z

铁床
0 B; _) s  u/ a0 H: D  [! i# r2 s9 H
& U0 t2 G/ d" P出水
' A' ~$ l% g# p0 R7 D; C4 I
& t; y9 r, @$ d9 q' x- Y7.93

# |" t) b) ^9 V7 l# x0 o7 A3 Y7.36
! Q3 G9 w5 O2 T; o
* `* P: ^% U# _7 G2 O7 M7 u) ?1 Q$ h786

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" T: Q% Z0 ^+ M
0 Q  ^0 `6 X- U- I; T/ f1 G6 M1900

1000

( `' S3 J+ |8 A2 p! y* L, L( q29.08
' U  s" Q1 A( {/ d
19.12

& f2 E' l3 L$ E, a8 m
1 `" N/ N' C& g% A- E6 [去除率(%)

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1.5
6 v# u. r& o" x- C8 p1 C7 X# W' q/ m
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53.1

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% e! a0 Z1 F% X$ i) Z
　


" E% e; a9 C/ x; E气浮池

出水
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7.56

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8 r$ R; X+ ^, o- V110
" s# {% D% H0 Y2 P
1.79


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8 k4 j1 I/ B  n7 Z56.7
' a% m7 c% [( k- _, V+ W. }. }/ j
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90.6


& e  z  P( h5 \! Y" W活性炭罐
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出水
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0 w4 C3 b% O  k8.09

2 j( y! n& D. h: n% C" Z- X  R141
! x( \+ B8 R8 Q. {: J( M
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0.22
; ^2 V4 b. T. i( r0 `
7 `* R2 C- y8 t
* k1 m$ R9 ~* q; I5 e去除率(%)

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/ O1 U  v: ?6 y( T$ D+ B2 ]  T% f90.0

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' N7 _. c" R. G总去除率(%)
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( X8 b7 k7 w6 f# V# H99.6

97.6

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注：表中数值均为平均值。
　　 从铁床的处理原理分析，其形成的原电池可将多环化合物分解成单环化合物，但苯环很难被破坏，加之原水设计气量偏小，致使原水经铁床处理后有一定的Fe2+形成，所以COD的去除率几乎为0。从苯胺的检测结果来看，原水经铁床处理后苯胺含量反而成倍升高，这说明萘系化合物被分解为苯系化合物，使苯胺含量增加。 　　 原水经铁床处理后，两股废水合为一股，经中和池及脱色、气浮处理后，各污染物含量都明显降低，处理效果较好。 　　 ②问题的探讨 　　 a.由于产生强酸性废水的翠兰GL和双介酸没有正常生产，导致铁床的进水pH值较设计值高，这样影响了铁床的处理效果。 　　 b.在中试时发现，铁床填料因表面被固着而使处理效果降低，产生铁床的钝化现象，因此采用6%～8%的稀硫酸进行浸洗活化。在实际工程中，每隔25～30 d对铁床填料进行一次活化，历时2～3 h。
- z* d+ M, Z0 `/ O9 T4  经济分析
# e# \/ N, [: P9 M5 r. X, D6 X　　 工程总投资为97万元，其中土建投资为25万元，压块机管件及配电投资为60万元，其余部分为12万元。处理成本为3.51 元/t，其中：①折旧费为0.86 元/t；②人工费为0.27 元/t；③电费为0.49 元/t；④药剂费为1.02 元/t；⑤铁炭填料费为0.22 元/t；⑥活性炭填料费为 0.65 元/t。 　　 对于此类色度高、含盐量大、可生化性差、毒性大的有机染料化工废水，若采用大量稀释水稀释的生化方法处理，工程投资较大；若采用铁床—气浮—活性炭吸附工艺，则工程投资较少。   
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